厦门同安湾大桥主桥关键施工技术应用
2017-12-04
1 工程概况
厦门市同安湾大桥主桥上部结构均为预应力C50砼变截面连续箱梁，跨径组成为60+3×100+60=420米。大桥分左右两幅，单幅采用单箱单室斜腹板截面，双向预应力箱梁，箱梁墩顶梁高5.6m，跨中及交界墩处梁高2.6m；单幅桥面宽15.5m，横向设双向2%横坡，左右幅间净距1.0m，桥梁全宽32.0m。
2 主桥下部结构施工
2.1 钻孔灌注桩施工
主桥下部共有6个桥墩(即0~5号墩)，均采用上下游分离式基础，主墩基础上下游两幅分别采用6根φ2.0m钻孔灌注桩，交界墩基础上下游两幅分别采用4根φ1.8m钻孔灌注桩。钻孔灌注桩采用水下C35混凝土，均为嵌岩桩，由于桩径大、桩长，为保证桩底沉渣厚度不超过5Cm，灌注砼前需用高压气管伸至孔底进行吹气翻浆然后再灌注砼。
2.2 承台施工
主墩(1#～4#墩)承台为12.4×7.9×3.5m的C35混凝土，承台底标高-2.3m，顶标高+1.2m，砼处于水位变动区的海水环境，设计要求砼氯离子扩散系数≤2.5×10-12m2/s，电通量≤1000C（90天龄期），对砼配合比提出了很高的要求；砼配合比采用掺粉煤灰、减水剂、矿粉的三掺技术，砼最大水胶比0.4。原施工组织设计拟采用钢套箱（约60t）砼封底干法进行施工，封底厚度根据Q+X[Rc×A+nπdt]≥k×r×HA，X经计算为1.5m。
该法施工成本高，工期长，为了缩短工期，节约成本，我们进行了创新：不采钢套箱，结合高桩码头桩帽趁潮施工经验直接在桩基上布设吊筋吊住底模，并把承台原设计标高由-2.3m提高至-1.3m，提高了1m，使在承台底赶潮水的作业时间增加了。工艺流程如下：灌注桩桩头处理→布设吊筋、安放底模承载工字钢、槽钢→测量放样→承台底模铺设→承台钢筋绑扎→承台侧模板安装→浇筑第一层砼→施工缝处理养护→浇注第二层厚砼→养护→拆模。
承台属大体积砼，应采取措施降低承台砼的水化热，防止承台砼出现裂缝。施工时采用分层浇筑，在分层中埋入镀锌冷却水管，通水以降低承台砼内部温度。第一层1.3m厚砼布设一层冷却管，第二层2.2m厚的砼设两层冷却管。采用土工布将砼外露部分履盖，养护水可利用冷却管流出的水进行喷洒，该水与混凝土温度相近，可降低混凝土内外温差。为尽量降低砼的入模温度，浇筑时间宜选在下午温度较低的时候开始进行。使用该新工艺实践效果良好，并取得了良好的经济效益，成了各方的借鉴和推广应用。
承台砼浇筑：采用商品砼分两次浇筑成型，浇筑前用高压水枪的淡水对钢筋进行冲冼；设置好下灰口及溜槽，使混凝土入模后不发生离析；根据潮位情况，确保第一车混凝土卸料前潮水刚好退至承台底模以下。分层砼浇筑，为确保水平施工缝线型水平美观，在第一层砼的侧模处设一25×25mm的水平角钢，浇筑第二层砼之前拆除角钢，应注意在第一层砼顶面的侧模开口，以防止海水浮托走第一层砼。当砼达到2.5mPa后，进行砼表面的凿毛处理，并用淡水冲冼干净，浇筑第二层时施工缝应严格按要求先浇一层约2Cm砂浆使新旧砼面结合良好，防止成为海水侵蚀的薄弱面（见图2）。
3 上部结构施工
3.1 支架荷载的计算
0#块长12m，混凝土总方量为331m3，总重869t，支架示意图见图3：
0#块支架体系由以下组成：钢管立柱、立柱连接加固件、支架横梁、支架横梁撑杆、贝雷梁、工钢分配梁、方木、圆曲线底模、侧模及墩身预埋件。其中工钢分配梁、贝雷梁、支架横梁及撑杆、钢管立柱为主要受力构件，应对其受力析验算。
a、悬壁侧模按120KN/片，分配到底模的均布荷载约为：0.6t/m2；b、底模及格栅木按0.15t/m2；c、施工人员、料具、内侧模、堆放荷载、倾倒砼时产生的冲击荷载、振捣砼时产生的荷载取0.3t/m2；
3.2受力验算
3.2.1 荷载（见图4）：
由表可知各区分配梁上单根最大均布荷载为2、4区，应对工字钢I16分配梁、贝雷梁弯矩及剪力进行验算。支架横梁由两根槽钢[40b拼成“[]“形状，也应对支架横梁、撑杆、钢管立柱进行计算验算其刚度、稳定性。
3.2.2 临时支撑体系
主桥变截面箱梁采用挂篮悬浇施工时，为保证稳定及安全，需建立临时支撑体系。箱梁临时支撑体系由墩身顶部的临时支座、立于承台上的4根（两侧各2根）φ800mm钢管及8根Φ32mm精轧螺纹钢预应力体系共同组成。墩身顶部的临时支座由支座砼垫块及26根Φ32mm精轧螺纹钢预应力体系共同组成，临时支座砼垫块尺寸经计算长×宽×高为190×60×Hcm，其中宽度60cm为纵桥向、H为临时支座高度比永久盆式支座高约3mm，临时支座垫块采用C40混凝土浇筑，其上下两面各垫一层油毛毡隔离，以便临时支座的凿除（见图5）。
悬浇施工时由临时支座承受全部箱梁的恒载及施工荷载，并起平衡梁体两侧块段的不平衡荷载作用，确保箱梁及墩身安全。在临时锚固体系解除前盆式支座均不参与受力，待边跨向中跨逐步合拢，拆除相应临时支座及临时支撑后，再将箱梁荷载转移到盆式支座上。
3.3主桥悬臂（挂篮）施工
3.3.1 挂篮预压
挂篮预压以消除非弹性变形，并测定其弹性变形与非弹性变形值。在挂篮底模上堆载砂预压，砂重为悬浇最大梁块重量120%，分5级加载，每级加载后持续时间不少于30分钟，最后一级为1小时。24小时后分5次卸载并观测其弹性变形及非弹性变形。由预压实验整理出加载变形曲线并推算其他梁段挂篮引起的弹性变形值，据此作为各梁段调整模板标高。
3.3.2挂篮悬臂浇筑施工
3.3.2.1悬臂挂篮施工
每个“T“构从0#梁段开始，对称拼装挂篮后即可进行悬臂浇注施工。
箱梁采用搅拌站集中搅拌，为缩短泵送距离，混凝土泵车就位于临近主墩的便桥上，混凝土运输车直接上便桥运至泵送地点。泵管经搭设在墩身边上的脚手架垂直到达0#块顶面，再由0#块顶面安设的水平三通弯管均分混凝土至两端对称施工梁段，以达到平衡施工要求。
箱梁混凝土采用全断面一次性浇筑。对称梁段对称浇筑，浇筑顺序为底板→腹板（两侧对称）→顶板。浇筑箱梁腹板混凝土采用PVC管串筒伸入腹板中浇筑，以免混凝土发生离析现象，面板混凝土由两侧边缘向中间相向浇筑，梁段混凝土由前端向后浇筑，在梁段根部与前一已浇注梁段接合。混凝土采用插入式振捣器振捣，应特别注意保证箱梁倒角和预应力锚垫板处振捣质量，防止漏振。严格控制混凝土分层高度及振动棒振捣间距，振捣过程中不得触碰钢筋及波纹管。
混凝土养护及拆模：待混凝土初凝后立即用土工布覆盖混凝土顶面，然后用淡水养护，以保持混凝土表面充分湿润为宜，一般情况下养护不少于14天。内模和侧模待混凝土达到一定强度后方可拆除，底模应等张拉完毕后方可拆除。
3.3.2.2箱梁合拢段施工
主桥在下部结构施工完成后，浇筑临时支座→安装0#块支架→施工0#块→安装挂篮→对称悬浇→安装0#、5#墩边跨直线段支架→浇筑直线段混凝土→边跨、次边跨合拢→中跨合拢。从1#、2#、3#、4#墩的0#梁段上开始利用挂篮悬臂施工各T构的1~12#梁段砼，并按设计要求逐段张拉纵、横向预应力束；搭设两个边跨直线段膺架，并试压后浇筑直线梁段砼，最后进入合拢段施工，合拢梁段采用合拢吊架施工，悬挂在已浇成型的两个T构端头箱梁上。具体施工步骤：
边跨合拢：a拆除挂篮；b安装边跨合拢段吊架，在1#、4#墩两边的悬臂端上各压重水箱26t（合拢段砼重量的一半）；c锁定边跨合拢段（安装焊接型钢及张拉临时束），然后浇筑边跨合拢段砼，在砼浇筑过程中逐级卸载靠边跨侧的压重26t，但靠次边跨的压重不卸载；砼浇筑完成后解除0#、5#墩永久支座的水平约束；d按设计要求张拉顶板及第一批正弯矩钢绞线束；e拆除边跨合拢段吊架及直线段膺架。
次边跨合拢：a安装次边跨合拢段吊架，在2#、3#墩两边的悬臂端上压重，其中次边跨侧26t（合拢段砼重量的一半），主跨侧33t（合拢段砼重量的一半26t+吊架重量的一半7t）；b锁定次边跨合拢段（安装焊接型钢及张拉临时束），然后浇筑次边跨合拢段砼，在砼浇筑过程中逐级卸载1#、2#、3#、4#靠次边跨侧的压重26t，但2#、3#靠主跨侧的压重33t不卸载；c按设计要求张拉次边跨第一批钢绞线束；d拆除次边跨合拢段吊架；e体系转换：拆除1#、4#墩所有临时锚固墩筋和临时支座，并解除1#、4#墩永久支座的水平约束完成体系转换；f拆除2#、3#墩所有临时锚固墩筋和临时支座；g按设计要求张拉次边跨第二批钢绞线。
中跨合拢：a安装中跨合拢段吊架，锁定中跨合拢段（安装焊接型钢及张拉临时束）；b浇筑主跨合拢段砼，在砼浇筑过程中逐级卸载2#、3#、靠主跨侧的压重26t；c解除3#支座的水平约束；d按设计要求张拉主跨第一批钢绞线束；e拆除主跨合拢段吊架，卸载2#、3#墩靠主跨侧的剩余压重7t。
张拉所有剩余的合拢段预应力束，全桥合拢结束后放松临时束，最后压浆形成五跨连续梁（见图6）。
箱梁的合拢，即体系转换，是控制全桥受力状况和线形的关键工序，因此箱梁的合拢顺序，合拢温度和工艺都必须严格控制，应选在夜间0点左右温度相对恒定时间浇筑砼，合拢前要求两边悬臂端高差不大于2cm。合拢段永久钢束张拉前，应尽量减小箱梁的日照温差，为此应采取覆盖悬臂等减少温差的措施。
次边跨合拢：a安装次边跨合拢段吊架，在2#、3#墩两边的悬臂端上压重，其中次边跨侧26t（合拢段砼重量的一半），主跨侧33t（合拢段砼重量的一半26t+吊架重量的一半7t）；b锁定次边跨合拢段（安装焊接型钢及张拉临时束），然后浇筑次边跨合拢段砼，在砼浇筑过程中逐级卸载1#、2#、3#、4#靠次边跨侧的压重26t，但2#、3#靠主跨侧的压重33t不卸载；c按设计要求张拉次边跨第一批钢绞线束；d拆除次边跨合拢段吊架；e体系转换：拆除1#、4#墩所有临时锚固墩筋和临时支座，并解除1#、4#墩永久支座的水平约束完成体系转换；f拆除2#、3#墩所有临时锚固墩筋和临时支座；g按设计要求张拉次边跨第二批钢绞线。
结束语
厦门同安湾大桥主桥被评为“闽江杯“优质工程，经过几年的运营状况良好，为厦门的经济建设和各方面发展作出了贡献。
参考文献
[1]交通部.公路桥涵施工技术规范[S].（JTJ041-2000）.人民交通出版社，2000.
[2]厦门同安湾大桥及两端接线工程施工图设计及监控要求.2005，4.
[3]邵旭东、顾安邦.桥梁工程，高等学校教材[M].人民交通出版社，2004.S
